Détection par IRM des gaz nobles hyperpolarisés des lésions pulmonaires radio-induites

Le cancer du poumon est la principale cause de décès par cancer dans le monde; chaque année, le cancer du poumon fait plus de 20 000 morts au Canada et plus d'un million de vies dans le monde (1). Des améliorations significatives ont été apportées dans le traitement de nombreux autres types de cancer, mais les soins du cancer du poumon n'ont pas connu de succès similaires. Soixante-dix pour cent des cancers sont à un stade avancé au moment du diagnostic, et la radiothérapie joue un rôle standard dans le cadre de la thérapie radicale et palliative dans ces cas. Le tissu pulmonaire normal est très sensible aux radiations. Cette sensibilité pose un sérieux problème ; il peut provoquer une pneumonie ou une fibrose radique (RILI), qui peut entraîner une invalidité grave et parfois la mort. Trente-sept pour cent des patients atteints d'un cancer thoracique traités par radiothérapie développent un RILI ; dans 20 % des cas de radiothérapie, les lésions pulmonaires sont modérées à graves (2). De plus, une pneumonite radio-induite qui produit des symptômes survient chez 5 à 50 % des personnes recevant une radiothérapie pour un cancer du poumon (3, 4).

Les risques de pneumopathie radique clinique sont directement liés au volume pulmonaire irradié (5). Cependant, la planification des rayonnements suppose actuellement que toutes les parties du poumon sont également fonctionnelles. L'identification des zones du poumon qui sont plus fonctionnelles serait bénéfique afin de prioriser ces zones à épargner lors de la planification de la radiothérapie. Afin de limiter la quantité de RILI pour préserver la fonction pulmonaire chez les patients, les cliniciens prévoient une radiothérapie utilisant la radiothérapie conformationnelle ou à modulation d'intensité (IMRT). Cela utilise des tomodensitogrammes (TDM), qui prennent en compte les emplacements anatomiques de la maladie et du poumon, mais ne peuvent pas évaluer la fonctionnalité du poumon lui-même. Un élément important de la justification de l'IMRT est que si les doses de rayonnement pénétrant dans les tissus fonctionnels sont limitées, la dose de rayonnement peut être concentrée sur les tumeurs pour épargner les tissus fonctionnels des blessures afin de préserver la fonction pulmonaire existante (6). Par conséquent, pour réduire de manière optimale la toxicité, l'IMRT dépendrait non seulement des données sur l'emplacement de la tumeur, mais également sur la fonction pulmonaire régionale.

Les tests de la fonction pulmonaire (PFT) peuvent détecter une diminution de la fonction pulmonaire due à la présence de tumeurs ou de RILI, mais comme les mesures sont effectuées au niveau de la bouche, les PFT ne fournissent pas d'informations régionales sur la fonction pulmonaire. L'imagerie par tomographie par émission de positrons (TEP) peut être utilisée pour la planification des rayonnements, mais la TEP est limitée dans sa capacité à délimiter les tissus fonctionnels, elle nécessite l'administration d'un agent radiopharmaceutique, c'est une modalité lente et, parce qu'elle nécessite l'utilisation d'un cyclotron, il est cher. L'imagerie par tomodensitométrie d'émission monophotonique (SPECT) pour mesurer la perfusion pulmonaire comme moyen de délimiter les tissus fonctionnels a été explorée (7-11). Alors que la SPECT peut détecter les tissus non fonctionnels, elle offre une résolution spatiale qui n'est que la moitié de celle de la TDM ou de la TEP, et elle ne possède pas la résolution anatomique nécessaire pour une utilisation optimale avec l'IMRT. De plus, comme la TEP, la SPECT est une modalité lente. Compte tenu des limites des modalités d'imagerie existantes, il existe un besoin médical urgent non satisfait pour une modalité d'imagerie qui peut fournir des données complémentaires sur la fonction pulmonaire régionale rapidement et de manière non invasive, et qui limitera la toxicité tissulaire en radiothérapie pour le cancer du poumon non à petites cellules ( NSCLC).

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) des gaz hyperpolarisés (HP) a le potentiel de combler ce besoin non satisfait. L'IRM des gaz HP utilise le xénon-129 HP (129Xe) pour fournir une imagerie haute résolution non invasive sans avoir besoin de rayonnements ionisants, d'agents de contraste chimiques paramagnétiques ou iodés. L'IRM des gaz HP offre les énormes avantages de fournir rapidement des informations haute résolution sur les poumons qui sont non invasives, directes, fonctionnelles et régionales. L'IRM conventionnelle détecte généralement le noyau d'hydrogène (1H), qui présente des limites pour l'imagerie pulmonaire en raison du manque de molécules d'eau dans les poumons. L'IRM des gaz HP détecte les noyaux 129Xe, qui sont polarisés à l'aide de la technique de pompage optique à échange de spin (SEOP) pour augmenter leur intensité de signal MR efficace d'environ 100 000 fois. L'IRM des gaz HP a déjà largement réussi pour l'imagerie pulmonaire, fournissant des informations d'imagerie haute résolution sur la structure pulmonaire, la fonction de ventilation et la fonction d'échange d'air. La technologie s'est avérée utile pour l'imagerie de l'asthme, de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) et de la fibrose kystique, et pour évaluer l'efficacité des traitements pour ces maladies (12 -21). Dans ce projet, les chercheurs proposent de développer une technologie d'imagerie pour délimiter les régions du poumon chez l'homme qui ne sont pas fonctionnelles par rapport à celles qui sont viables ; l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) au xénon-129 (129Xe) hyperpolarisée (HP) permettra de mieux éclairer les stratégies de planification des faisceaux, dans le but de réduire le RILI chez les patients atteints d'un cancer du poumon.